Apostila-Eletricista

Francisco Paladino Blumel

ELETRICISTA Instalador Residencial – Básico

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Copyright © by Editora Komedi, 2012.

Dados para Catalogação Blumel, Francisco Paladino Eletricista : instalador residencial : básico / Francisco Paladino Blumel. -- Campinas, SP : Bibliografia ISBN 978-85-7582-653-9 1. Eletricidade - Teoria 2. Eletricistas - Manuais 3. Eletrônica 4. Eletrodomésticos - Manutenção e consertos 5. Instalações elétricas I. Título. 160 p.

Diretor: Sérgio Vale Assistente editorial: Marisa Leão Gerente de vendas: Sandro Celestino de Araújo Coordenadora de produção: Marilissa Mota Diagramação: Cristiane Matozinhos Capa: Renato Neves de Sousa Revisão: Martha Jalkauskas Imagens do miolo: arquivo pessoal do autor Imagens dos diagramas unifilares cedidas pela Alto QI – software Lumine.

Rua Álvares Machado, 460, 3o andar 13013–070 Centro – Campinas – SP Tel./Fax: (19) 3234.4864 www.komedi.com.br [email protected]


2012 Impresso no Brasil

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Prefácio Este livro é um primeiro degrau para aqueles que desejam iniciar uma atividade profissional na área elétrica e nas inúmeras áreas que exigem este conhecimento básico, surgidas em função do grande avanço tecnológico. Conhecemos o “apagão elétrico”, mas já se fala em “apagão profissional” – e ele já está acontecendo. A falta de profissionais qualificados hoje provoca atrasos e paralisações em grandes obras. Suprir essa falta de qualificação exige um esforço muito grande de toda a sociedade. Sabemos que nosso ensino fundamental hoje é deficiente, o que exige dos mestres no ensino profissionalizante uma complementação para possibilitar a formação técnica. Com a experiência de ministrar cursos profissionalizantes, limitamo-nos aqui ao conteúdo essencial para o desenvolvimento da atividade elétrica prática, a interpretação de projetos elétricos residenciais e o estímulo à atualização tecnológica constante. Nosso desejo, com a elaboração deste livro, é o de contribuirmos para o trabalho de capacitação profissional, fundamental para o nosso desenvolvimento. O Autor


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Agradecimentos A toda minha família, em especial minha esposa, Marlene, e aos meus netos Milena, Matheus, Murilo e Pietro, pelo incentivo e pelos importantes momentos que não os acompanhei durante este trabalho. A todos do Educandário Eurípedes, onde sou professor e serei sempre aluno desta grande escola.


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Sumário

Elétrica básica ................................................................. 15 1. O sistema elétrico de geração, transmissão e distribuição de energia ................................................................ 16 Diagrama simplificado do sistema elétrico interligado ..........17 2. Eletricidade ............................................................................. 19 Átomo .................................................................................19 Molécula..............................................................................20 Descargas elétricas................................................................20 3. Condutores e isolantes............................................................. 22 Materiais condutores............................................................22 Materiais isolantes................................................................24 Semicondutores ...................................................................25 4. Magnetismo ............................................................................ 25 5. Eletromagnetismo.................................................................... 28 Princípios do eletromagnetismo ...........................................28 6. O circuito elétrico ..................................................................... 31 Funcionamento....................................................................31 Componentes ......................................................................34 Sentido da corrente ..............................................................34


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7. Corrente contínua e corrente alternada ..................................... 35 Corrente contínua................................................................35 Corrente alternada ..............................................................35 8. Grandezas elétricas ................................................................. 37 Tensão .................................................................................37 Corrente ..............................................................................38 Resistência ...........................................................................38 Potência elétrica ...................................................................39 Fator potência ......................................................................39 Valores nominais ..................................................................40 9. Circuito trifásico alternado ...................................................... 43 Gerador trifásico ..................................................................46 10. Associação de componentes no circuito elétrico ..................... 47 Série paralelo e triângulo estrela ...........................................47

Interpretação de Projetos ................................................53 11. Normas técnicas .................................................................... 54 ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) ............54 • NBR 5410...................................................................54 • NR-10 .........................................................................55 • Normas técnicas de atendimento a consumidores ........56 12. Diagramas elétricos ............................................................... 56 Diagrama multifilar ...........................................................57 Diagrama funcional ..........................................................58 Diagrama unifilar...............................................................59 Diagrama de blocos ...........................................................58 Layout de montagem .........................................................59


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Simbologia.........................................................................60 13. Dimensionamento ................................................................. 69 14. Fornecimento de energia elétrica ........................................... 71 Concessionárias de energia elétrica .....................................71 Entrada de energia elétrica ................................................71 Tipos e tensões de fornecimento ........................................72 Tensões padronizadas .........................................................72 Padrão de entrada ..............................................................73 15. Condutores elétricos .............................................................. 74 Padrão de condutores elétricos (AWG/mm2) ......................74 Materiais para a fabricação de condutores ..........................75 Tipos de condutores...........................................................76 Isolação ..............................................................................76 Tabela mm2 – Corrente – Potência – Disjuntor .................78 Emendas e conexões de condutores elétricos ......................79 Emenda de linhas abertas ou prolongamento .....................80 Emenda de derivação ou “T” .............................................80 Emenda de caixas de passagem ...........................................80 Emenda por soldagem........................................................81 Isolação ..............................................................................81 Emendas de fios espessos (igual ou superior a 10mm2) .......81 Conectores.........................................................................82 Olhal .................................................................................82 16. Proteção dos circuitos elétricos ............................................. 83 Dispositivos de proteção ....................................................85 • Fusíveis........................................................................85 • Disjuntores termomagnéticos .....................................86


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• Disjuntores e interruptores diferenciais residuais (DR, IDR’s) ................................................................88 • Dispositivos de proteção ..............................................89 • Aterramento ................................................................90 • Condutores de proteção de surto .................................91 • Para-raios.....................................................................92 • Seletividade .................................................................93 17. Quadro de distribuição ........................................................... 94 Componentes de um quadro de distribuição ......................95 Diagrama multifilar ...........................................................96 Diagrama unifilar...............................................................96 Diagrama unifilar em planta ..............................................97 18. Circuitos terminais ................................................................. 97 Formas de instalação de circuitos .......................................99 19. Circuitos terminais – Diagramas multifilar e unifilar ............. 101 Instalação de tomadas .....................................................102 • NBR- 5410 .............................................................102 • Novo padrão de tomadas .........................................102 Circuito de lâmpada 127V comandada por interruptor simples ....................................................105 Circuito de duas lâmpadas 127V comandadas por dois interruptores simples ..........................................106 Circuito de duas lâmpadas 127V comandadas por um interruptor simples ..............................................107 Circuito de lâmpada 127V comandadas em dois pontos por dois interruptores paralelos .....................108 Circuito de lâmpada 127V comandadas em vários pontos por interruptores paralelos e intermediários ...............................................................110


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Uma lâmpada com interruptores simples e duas tomada 127V em circuitos separados .....................111 Circuito de lâmpada 127V controlada por “ dimmer ” (resistência variável para controlar a intensidade da luz), fotocélula, sensor de presença e controle remoto .........................112 Circuito de campainha 127V com botão pulsador ...........115 Circuito de tomada de uso específico para chuveiro 127V e 220V...................................................................116 Circuito de controle de ventilador 127V, com ventilação, exaustão, controle de velocidade e lâmpada ........................................................................120 Circuitos didáticos ...........................................................122 20. Diagrama unifilar em planta civil .......................................... 126 Planta das caixas, componentes e eletrodutos ...................127 Eletrodutos na planta civil................................................128 Diagrama unifilar completo .............................................129 Diagrama unifilar completo em planta .............................130 Quadro de cargas .............................................................131 21. Luminotécnica .....................................................................133 Grandezas fundamentais ..................................................133 • Fluxo luminoso ........................................................133 • Eficiência luminosa....................................................134 • Intensidade luminosa.................................................134 • Iluminância ...............................................................134 • Índice de reprodução de cor ......................................135 • Fator de reflexão ........................................................135 • Coeficiente de utilização ............................................136 • Classificação da luminária ..........................................136


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Tipos de lâmpadas ...........................................................136 • Lâmpadas incandescentes .........................................136 • Lâmpadas halógenas ..................................................137 • Lâmpadas de descarga ...............................................137 22. Ferramentas ........................................................................ 141 Segurança ........................................................................141 Ferramentas manuais .......................................................142 Ferramentas elétricas ........................................................144 Diversidade ......................................................................144 23. Segurança ........................................................................... 145 Os perigos da energia elétrica ...........................................145 Efeitos da corrente elétrica no corpo humano ..................145 24. Inovações tecnológicas ........................................................ 147 Software...........................................................................147 Automação residencial .....................................................148 Iluminação.......................................................................148 Relê de impulso ...............................................................149 Fibra ótica........................................................................149 Rede Inteligente (Smart Grid)..........................................150 Ferramentas e acessórios para os profissionais de elétrica ........................................................................150 25. Comercial ........................................................................... 150 Custo de mão de obra ......................................................150 Técnicas de venda de produtos e serviços..........................152 Referências bibliográficas ......................................................... 157


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Eletricidade básica Estudar os fenômenos da eletricidade, entender como é gerada a energia elétrica, entender como os elétrons percorrem um condutor e nos trazem tantos benefícios através da luz, calor, som e movimento, e poder utilizar esses conhecimentos é, sem dúvida, um desafio gratificante. É nos impossível acompanhar todo conhecimento gerado pelo desenvolvimento tecnológico em todas as áreas da ciência nos dias de hoje, mas, sem dúvida, a eletricidade é a que está mais presente e nos traz mais conforto, e através de seu aprendizado, podemos seguir diversas carreiras no âmbito profissional. Com certeza nos sentiremos mais próximos de toda essa evolução e agentes de transformação quando, ao finalizarmos um serviço ou com um projeto nas mãos, ligarmos as instalações de uma nova casa.


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Eletricista – instalador residencial (Básico)

1. O sistema elétrico de geração, transmissão e distribuição de energia O conjunto de todos os equipamentos e dispositivos elétricos instalados que geram e transportam a energia elétrica das usinas até os consumidores (residenciais, industriais e comerciais) é chamado de Sistema Elétrico de Geração, Transmissão e Distribuição de Energia. Esse sistema é interligado em quase todo o território nacional, onde temos diversos tipos de usinas, classificadas de acordo com a fonte de energia que é transformada em energia elétrica. Hidroelétrica

da água

Termoelétrica

do calor (combustíveis)

Tipo de Nuclear Usina Eólica

transforma a energia a do átomo partir do vento

Solar

do sol

Maremotriz

do mar

Em energia ELÉTRICA

No Brasil, mais de 70% da geração de energia elétrica é produzida por usinas hidroelétricas.

A tensão da energia produzida pelas usinas é elevada nas subestações de alta tensão e conectada a um sistema interligado de transmissão que transporta até as subestações abaixadoras, onde a energia é distribuída nas cidades.

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Sistema Elétrico de Geração, Transmissão e Distribuição de Energia. 1-Represa | 2-Barragem | 3-Turbina | 4-Gerador | 5- Transformador Elevador 6- Linha de Transmissão | 7- Torres de Alta Tensão | 8- Transformador Abaixador 9- Linha Primária de Distribuição | 10- Transformador de Distribuição 11- Linha de Distribuição Secundária | 12- Consumidor Residencial, medidor de Kwh.

Diagrama simplificado do sistema elétrico interligado Nossa energia não povém exclusivamente de uma usina, mas de um sistema interligado que recebe e distribui a energia elétrica gerada.

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Tensões de Geração 2,2Kv a 25KV Tensões de Transmissão 138Kv, 230Kv, 345Kv 440Kv, 500Kv, 700Kv Tensões de distribuição Primária 3,8Kv, 6,6Kv, 11,9Kv 13,8Kv, 34,5Kv

Na distribuição os circuitos da rede primária chegam pelos postes até próximo dos consumidores, e a tensão é novamente abaixada pelos transformadores para atenderem as residências e comércio. Na eletricidade existem diferentes sistemas desenvolvidos para atender áreas especificas, como o sistema elétrico dos veículos, de alimentação dos computadores, de um navio etc.. As principais características do sistema de fornecimento de energia elétrica aos consumidores de baixa tensão, cujo conhecimento é importante para nosso estudo são: Nosso sistema elétrico de baixa tensão

Sistema Trifásico

Corrente Alternada

60 hZ

127/120V

Frequência de 60 Hertz

Tensão 127/220 Volts*

Neutro Aterrado

*

Aparelhos, eletrodomésticos e iluminação são fabricados de acordo com normas que estabelecem os valores de Tensão. As tensões de distribuição secundária padronizadas são: 220/127, 380/220, 254/127, 440/220, 208/120, 230/115, 240/120 (Volts). *

Existem variações nos valores de tensões e tipos de ligações, consultar sempre a concessionária de energia elétrica local.

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2. Eletricidade Para entender e estudar os fenômenos que produzem eletricidade, é fundamental o conhecimento da matéria, sua composição e as leis que regem seu comportamento. Matéria é tudo aquilo que nos cerca e que ocupa um lugar no espaço. Ela se apresenta em diversas formas, que recebem o nome de corpos . Existem coisas com as quais temos contato na vida diária que não ocupam lugar no espaço, não sendo, portanto, matéria. Exemplos desses fenômenos são o som, o calor e a eletricidade. A matéria e todos os corpos compõem-se de moléculas e átomos.

Átomo Os animais, as plantas, as rochas, as águas dos rios, lagos e oceanos, enfim, tudo o que nos cerca é composto de átomos. Constituição do átomo O átomo é formado por uma parte central chamada núcleo e uma parte periférica formada pelos elétrons e denominada eletrosfera . O núcleo é constituído por dois tipos de partículas: os prótons, com carga positiva, e os nêutrons, que são eletricamente neutros. Átomo

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Movimento de elétrons

Eletricidade

→

órbita

núcleo elétron

nêutron

próton

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Os prótons, juntamente com os nêutrons, são a parte central do átomo. Os elétrons possuem carga negativa. Como os planetas do sistema solar, eles giram na eletrosfera ao redor do núcleo, descrevendo trajetórias que se chamam órbitas .

Molécula Formada de átomos, a molécula é a menor partícula em que se pode dividir uma substância de modo que mantenha as mesmas características da substância que a originou. As moléculas se formam porque, na natureza, todos os elementos que compõem a matéria tendem a procurar um equilíbrio elétrico.

Molécula de água

Descargas elétricas Sempre que dois corpos com cargas elétricas contrárias são colocados próximo um do outro em condições favoráveis, o excesso de elétrons de um deles é atraído na direção daquele que está com falta de elétrons, sob a forma de um descarga elétrica. Essa descarga pode se dar por contato ou por arco. Quando dois materiais possuem grande diferença de cargas elétricas, uma grande quantidade de carga elétrica negativa pode passar de um material para outro pelo ar. Essa é a descarga elétrica por arco.

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O raio, em uma tempestade, é um bom exemplo de descarga por arco.

Para estudarmos os fenômenos, dividimos a eletricidade em: Campos Magnéticos Eletrostática

Eletrodinâmica

Magnetismo

Eletromagnetismo

Os campos magnéticos cercam materiais e correntes elétricas e são detectados pela força que exercem sobre outros materiais magnéticos e cargas elétricas em movimento. Vamos estudar, nos capítulos 4 e 5, Magnetismo e Eletromagnetismo.

Eletrostática Eletricidade Estática Energia Potencial. →

→

Dá-se o nome de eletricidade estática à eletricidade produzida por cargas elétricas em repouso em um corpo. Na eletricidade estática, estudamos as propriedades e a ação mútua das cargas elétricas em repouso nos corpos eletrizados. Ao aproximarmos o pente eletrizado negativamente de pequenos pedaços de papel, estes são atraídos momentaneamente pelo pente, comprovando a existência da eletrização. 21


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A eletrostática refere-se às cargas armazenadas em um corpo, ou seja, sua energia potencial. Eletrodinâmica Eletricidade dinâmica Energia Ativa A eletricidade dinâmica estuda tudo que se refere ao movimento dos elétrons livres de um átomo para outro.Para haver movimento dos elétrons livres em um corpo, é necessário aplicar nesse corpo uma tensão elétrica. Essa tensão resulta na formação de um polo com excesso de elétrons denominado polo negativo e de outro com falta de elétrons denominado de polo positivo. Essa tensão é fornecida por uma fonte geradora de eletricidade. →

Fontes de geração de eletricidade

→

Calor

Luz

Movimento Química

Queima de combustíveis Queima de resíduos Reação nuclear Nascentes hidrotermais Energia Solar Célula fotoelétrica Vento Água dos rios Ondas do mar Motores Reações químicas

3. Condutores e isolantes Materiais condutores Os materiais condutores caracterizam-se por permitirem a movimentação de elétrons, formando uma corrente elétrica toda vez que existir um desequilíbrio de elétrons entre suas extremidades. Esse desequilíbrio chama-se diferença de potencial entre dois pontos 22


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ou tensão elétrica . Os condutores são de fundamental importância em todos os dispositivos e equipamentos elétricos e eletrônicos. Existem materiais sólidos, líquidos e gasosos que são condutores elétricos. Entretanto, na área da eletricidade e da eletrônica, os materiais sólidos são os mais importantes. As cargas elétricas que se movimentam no interior dos materiais sólidos são os elétrons livres. Os elétrons livres que se movimentam ordenadamente formam a corrente elétrica. A intensa mobilidade ou liberdade de movimentação dos elétrons no interior da estrutura química do cobre faz dele um material de grande condutividade elétrica. Assim, os bons condutores são também materiais com baixa resistência elétrica. Depois da prata, o cobre é considerado o melhor condutor elétrico. Ele é o metal mais usado na fabricação de condutores para instalações elétricas. Torre de Transmissão de Energia Elétrica

Alumínio

Condutor Elétrico

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Isolador de Porcelana

Material isolante

→

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O quadro a seguir mostra, em ordem crescente, a resistência elétrica de alguns materiais condutores e isolantes em Ohms/cm.

menor resistência

maior resistência

Materiais isolantes Materiais isolantes, também chamados materiais dielétricos, são os que apresentam forte oposição à circulação de corrente elétrica no interior de sua estrutura. Isso acontece porque os elétrons livres dos átomos que compõem a estrutura química dos materiais isolantes são fortemente ligados a seus núcleos e dificilmente são liberados para a circulação. Em condições anormais, um material isolante pode tornarse condutor. Esse fenômeno chama-se ruptura dielétrica. Ocorre quando grande quantidade de energia transforma um material normalmente isolante em condutor. Essa carga de energia aplicada ao material é tão elevada que os elétrons, normalmente presos aos núcleos dos átomos, são arrancados das órbitas, provocando a circulação de corrente. A formação de faíscas no desligamento de um interruptor elétrico é um exemplo típico de ruptura dielétrica. A tensão elevada entre os

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contatos no momento da abertura fornece uma grande quantidade de energia que provoca a ruptura dielétrica do ar, gerando a faísca. Isolantes vidro, cerâmica, plástico

Semicondutores carbono, germânio, silício

Condutores ferro, alumínio, cobre, prata

Semicondutores Assim como existem materiais condutores e materiais isolantes, também existem tipos de materiais que são um meio termo entre esses dois primeiros. Esse material é o semicondutor. O semicondutor, portanto, possui valores de condutividade entre os valores de um isolante e um condutor. Os materiais semicondutores mais usados na indústria eletrônica são o germânio (Ge) e o silício (Si).

4. Magnetismo Magnetismo é a denominação associada ao fenômeno ou conjunto de fenômenos naturais relacionados à atração ou repulsão observada entre determinados objetos. O nome originou-se na Grécia antiga pela descoberta de uma pedra com comportamento estranho que teria a propriedade de atrair materiais como o ferro. Hoje sabemos que esta pedra é a magnetita, chamada de ímã , e o estudo dos ímãs chama-se magnetismo. As propriedades dos corpos magnéticos são muito utilizadas em eletricidade.

• Ímãs Materiais encontrados na natureza que apresentam propriedades magnéticas naturais. 25


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• Ímãs artificiais É possível também obter um ímã de forma artificial. Os ímãs artificiais são muito empregados porque podem ser fabricados com os mais diversos formatos, de forma a atender às mais variadas necessidades práticas. • Polos magnéticos de um ímã Externamente, as forças de atração magnética de um ímã se manifestam com maior intensidade nas suas extremidades. Por isso, as extremidades do ímã são denominadas de polos magnéticos. Cada um dos polos apresenta propriedades magnéticas específicas. São denominadas polo sul e polo norte.

polo norte

ímã

polo sul

• Inseparabilidade dos polos Por mais que se divida um ímã em partes menores, as partes sempre terão um polo norte e um polo sul.

• Interação entre ímãs Quando os polos magnéticos de dois ímãs estão próximos, as forças magnéticas dos dois ímãs reagem entre si de forma a provo26


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Apostila-Eletricista

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